შეიძლება სუპერ კონდენსატორებმა შეცვალონ ბატარეები ელექტრომობილებში?

ელექტრომობილები და ჰიბრიდები მყარად არის ფესვები თანამედროვე ავტომობილების გონებაში, როგორც მანქანების ევოლუციის ახალი ეტაპი. ICE– ით აღჭურვილ მოდელებთან შედარებით, ამ მანქანებს აქვთ საკუთარი დადებითი და უარყოფითი მხარეები.

უპირატესობებში ყოველთვის შედის მშვიდი მუშაობა, ისევე როგორც მგზავრობის დროს დაბინძურების არარსებობა (თუმცა დღეს ელექტროენერგიის ერთი ბატარეის დამზადება აბინძურებს გარემოს ერთი დიზელის ძრავის მუშაობის 30 წელზე მეტი ხნის განმავლობაში).

ელექტრომობილების მთავარი მინუსი არის ბატარეის დატენვის საჭიროება. ამასთან დაკავშირებით, წამყვანი მანქანების მწარმოებლები ავითარებენ სხვადასხვა ვარიანტებს იმის შესახებ, თუ როგორ უნდა გაიზარდოს კვების ელემენტის ხანგრძლივობა და გაზარდონ ინტერვალი მუხტებს შორის. ერთ-ერთი ასეთი ვარიანტია სუპერკონდენსატორის გამოყენება.

განვიხილოთ ეს ტექნოლოგია ახალი საავტომობილო ინდუსტრიის მაგალითზე - Lamborghini Sian. რა დადებითი და უარყოფითი მხარეები აქვს ამ განვითარებას?

ახალი ელექტრომობილების ბაზარზე

როდესაც Lamborghini იწყებს ჰიბრიდის გამოშვებას, შეგიძლიათ დარწმუნებული იყოთ, რომ ის არ იქნება მხოლოდ Toyota Prius– ის უფრო მძლავრი ვერსია.

Sian, იტალიის ელექტრიფიკაციის კომპანიის დებიუტი, პირველი წარმოების ჰიბრიდული მანქანაა (უზარმაზარი 63), რომელიც იყენებს სუპერ კონდენსატორებს ლითიუმ-იონის ბატარეების ნაცვლად.

ბევრი ფიზიკოსი და ინჟინერი თვლის, რომ ეს არის მასობრივი ელექტრული მოძრაობის გასაღები და არა ლითიუმ-იონური ბატარეები. Sian იყენებს მათ ელექტროენერგიის შესანახად და, საჭიროების შემთხვევაში, მის პატარა ელექტროძრავას შესანახი.

სუპერ კონდენსატორების უპირატესობები

სუპერ კონდენსატორები გაცილებით სწრაფად იტენება და გამოყოფენ ენერგიას, ვიდრე თანამედროვე ბატარეები. გარდა ამისა, მათ შეუძლიათ გაუძლონ მნიშვნელოვნად მეტ მუხტს და გამონადენის ციკლებს სიმძლავრის დაკარგვის გარეშე.

Sian– ის შემთხვევაში, სუპერ კონდენსატორი მართავს 25 კილოვატ ელექტროძრავას, რომელიც ჩამონტაჟებულია გადაცემათა კოლოფში. მას შეუძლია 6,5 ცხენის ძალის 12 ლიტრიანი V785 შიდა წვის ძრავის დამატებითი გაძლიერება უზრუნველყოს, ან სპორტული მანქანა მართოს დაბალსიჩქარიანი მანევრების დროს, როგორიცაა პარკინგი.

მას შემდეგ, რაც დატენვა ძალიან სწრაფია, ამ ჰიბრიდს არ სჭირდება მიერთება კედლის გასასვლელში ან დატენვის სადგურში. სუპერ კონდენსატორების სრული დამუხტვა ხდება ავტომობილის დამუხრუჭების დროს. ბატარეის ჰიბრიდებს აქვთ დამუხრუჭების ენერგიის აღდგენა, მაგრამ ეს ნელია და მხოლოდ ნაწილობრივ უწყობს ხელს ელექტრული დიაპაზონის გახანგრძლივებას.

სუპერკონდენსატორს აქვს კიდევ ერთი ძალიან დიდი კოზირი: წონა. Lamborghini Sian-ში მთელი სისტემა - ელექტროძრავა პლუს კონდენსატორი - წონას მხოლოდ 34 კილოგრამს უმატებს. ამ შემთხვევაში სიმძლავრის მატება 33,5 ცხენის ძალაა. შედარებისთვის, მხოლოდ Renault Zoe ბატარეა (136 ცხენის ძალა) იწონის დაახლოებით 400 კგ.

სუპერ კონდენსატორების უარყოფითი მხარეები

რა თქმა უნდა, სუპერკონდენსატორებს ასევე აქვთ უარყოფითი მხარეები ბატარეებთან შედარებით. დროთა განმავლობაში ისინი ბევრად უარესად აგროვებენ ენერგიას - თუ სიანს ერთი კვირა არ ატარებს, კონდენსატორში ენერგია აღარ რჩება. მაგრამ ასევე არსებობს ამ პრობლემის შესაძლო გადაწყვეტილებები. Lamborghini მუშაობს მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიურ ინსტიტუტთან (MIT) სუპერკონდენსატორების საფუძველზე წმინდა ელექტრო მოდელის, ცნობილი Terzo Millenio (მესამე ათასწლეული) კონცეფციის შესაქმნელად.

bst

სხვათა შორის, Lamborghini, რომელიც Volkswagen Group-ის ეგიდით იმყოფება, არ არის ერთადერთი კომპანია, რომელიც ამ სფეროში ექსპერიმენტებს ატარებს. Peugeot-ის ჰიბრიდული მოდელები წლების განმავლობაში იყენებდნენ სუპერკონდენსატორებს, ისევე როგორც Toyota-სა და Honda-ს წყალბადის საწვავის უჯრედების მოდელები. ჩინელი და კორეელი მწარმოებლები მათ ელექტრო ავტობუსებსა და სატვირთო მანქანებში აყენებენ. გასულ წელს ტესლამ იყიდა Maxwell Electronics, მსოფლიოში ერთ-ერთი უმსხვილესი სუპერკონდენსატორების მწარმოებელი, რაც დარწმუნებული ნიშანია იმისა, რომ სულ მცირე, ელონ მასკს სჯერა ტექნოლოგიის მომავლის.

სუპერ კაპიტატორების გასაგებად 7 ძირითადი ფაქტი

1 როგორ მუშაობს ბატარეები

ბატარეის ტექნოლოგია არის ერთ-ერთი რამ, რაც ჩვენ დიდი ხანია მიგვაჩნია, რომ არ ვიფიქროთ იმაზე, თუ როგორ მუშაობს იგი. ადამიანების უმეტესობას წარმოუდგენია, რომ დატენვისას ჩვენ უბრალოდ "ვასხამთ" ელექტროენერგიას ბატარეაში, ისევე როგორც წყალი ჭიქაში.

მაგრამ ბატარეა პირდაპირ არ ინახავს ელექტროენერგიას, არამედ მხოლოდ მაშინ გამოიმუშავებს მას, როდესაც საჭიროა ორ ელექტროდსა და მათ გამიჯნულ სითხეს (ყველაზე ხშირად) შორის ქიმიური რეაქციით, რომელსაც ელექტროლიტი ეწოდება. ამ რეაქციაში მასში არსებული ქიმიკატები გარდაიქმნება სხვებად. ამ პროცესის დროს წარმოიქმნება ელექტროენერგია. როდესაც ისინი მთლიანად გარდაიქმნება, რეაქცია ჩერდება - ბატარეა დაცლილია.

თუმცა, მრავალჯერადი დატენვის ბატარეების შემთხვევაში, რეაქცია შეიძლება მოხდეს საპირისპირო მიმართულებითაც - როცა დამუხტავთ, ენერგია იწყებს საპირისპირო პროცესს, რაც აღადგენს ორიგინალურ ქიმიურ ნივთიერებებს. ეს შეიძლება ასობით ან ათასობითჯერ განმეორდეს, მაგრამ გარდაუვალია დანაკარგები. დროთა განმავლობაში ელექტროდებზე გროვდება პარაზიტული ნივთიერებები, ამიტომ ბატარეის ხანგრძლივობა შეზღუდულია (ჩვეულებრივ 3000-დან 5000 ციკლამდე).

2 როგორ მუშაობს კონდენსატორები

კონდენსატორში ქიმიური რეაქციები არ ხდება. დადებით და უარყოფით მუხტებს წარმოქმნის მხოლოდ სტატიკური ელექტროენერგია. კონდენსატორის შიგნით არის ორი გამტარი ლითონის ფირფიტა, რომლებიც გამოყოფილია საიზოლაციო მასალით, რომელსაც ეწოდება დიელექტრიკი.

დატენვა ძალიან ჰგავს ბურთის შალის სვიტერს ბურთის წვერს ისე, რომ ის სტატიკური ელექტროენერგიით იყოს მიჯაჭვული. ფირფიტებში დაგროვდება პოზიტიური და უარყოფითი მუხტები და მათ შორის გამყოფი, რაც ხელს უშლის მათ კონტაქტში მოხვედრას, სინამდვილეში ენერგიის შენახვის საშუალებაა. კონდენსატორის დატენვა და დატენვა მილიონჯერ შეიძლება სიმძლავრის დაკარგვის გარეშე.

3 რა არის სუპერ კონდენსატორი

ჩვეულებრივი კონდენსატორები ძალიან მცირეა ენერგიის შესანახად - ჩვეულებრივ იზომება მიკროფარადებში (მილიონობით ფარადებში). სწორედ ამიტომ გამოიგონეს სუპერკონდენსატორები 1950-იან წლებში. მათ უმსხვილეს სამრეწველო ვარიანტებში, რომლებიც წარმოებულია კომპანიების მიერ, როგორიცაა Maxwell Technologies, სიმძლავრე აღწევს რამდენიმე ათას ფარადს, ანუ ლითიუმ-იონური ბატარეის სიმძლავრის 10-20%.

4 როგორ მუშაობს სუპერ კონდენსატორი

ჩვეულებრივი კონდენსატორებისგან განსხვავებით, დიელექტრიკი არ არსებობს. ამის ნაცვლად, ორი ფირფიტა ჩაეფლო ელექტროლიტში და გამოყოფილია ძალიან თხელი საიზოლაციო ფენით. სუპერკონდენსატორის ტევადობა რეალურად იზრდება, როგორც ამ ფირფიტების ფართობი იზრდება და მათ შორის მანძილი მცირდება. ზედაპირის ფართობის გასაზრდელად, ისინი ამჟამად დაფარულია ფოროვანი მასალებით, როგორიცაა ნახშირბადის ნანომილები (ისე პაწაწინა, რომ 10 მილიარდი მათგანი ჯდება ერთ კვადრატულ სმ-ში). გამყოფი შეიძლება იყოს მხოლოდ ერთი მოლეკულის სისქე გრაფენის ფენით.

განსხვავების გასაგებად, უმჯობესია იფიქროთ ელექტროენერგიაზე, როგორც წყალზე. მარტივი კონდენსატორი მაშინ იქნება, როგორც ქაღალდის პირსახოცი, რომელსაც შეუძლია შეზღუდული რაოდენობით შთანთქას. სუპერ კონდენსატორი არის სამზარეულოს ღრუბელი მაგალითში.

5 ელემენტი: დადებითი და უარყოფითი მხარეები

ბატარეებს აქვთ ერთი მნიშვნელოვანი უპირატესობა - ენერგიის მაღალი სიმკვრივე, რაც მათ საშუალებას აძლევს შეინახონ შედარებით დიდი რაოდენობით ენერგია მცირე რეზერვუარში.

თუმცა მათ ბევრი მინუსიც აქვთ - მძიმე წონა, შეზღუდული სიცოცხლე, ნელი დამუხტვა და ენერგიის შედარებით ნელი გამოყოფა. გარდა ამისა, მათი წარმოებისთვის გამოიყენება ტოქსიკური ლითონები და სხვა საშიში ნივთიერებები. ბატარეები ეფექტურია მხოლოდ ვიწრო ტემპერატურის დიაპაზონში, ამიტომ მათ ხშირად სჭირდებათ გაგრილება ან გაცხელება, რაც ამცირებს მათ მაღალ ეფექტურობას.

6 სუპერ კონდენსატორი: დადებითი და უარყოფითი მხარეები

სუპერკონდენსატორები გაცილებით მსუბუქია ვიდრე ბატარეები, მათი სიცოცხლე შეუდარებლად გრძელია, არ საჭიროებს რაიმე საშიშ ნივთიერებებს, ისინი იტენიან და გამოყოფენ ენერგიას თითქმის მყისიერად. ვინაიდან მათ თითქმის არ აქვთ შიდა წინააღმდეგობა, ისინი არ მოიხმარენ ენერგიას ფუნქციონირებისთვის - მათი ეფექტურობა 97-98% -ს შეადგენს. სუპერკონდენსატორები მუშაობენ მნიშვნელოვანი გადახრების გარეშე მთელ დიაპაზონში -40-დან +65 გრადუს ცელსიუსამდე.

მინუსი ის არის, რომ ისინი მნიშვნელოვნად ნაკლებ ენერგიას ინახავენ, ვიდრე ლითიუმ-იონის ბატარეები.

7 ახალი შინაარსი

ყველაზე მოწინავე თანამედროვე სუპერ კონდენსატორებსაც კი არ შეუძლიათ მთლიანად შეცვალონ ელემენტები ელექტრომობილებში. მაგრამ მრავალი მეცნიერი და კერძო კომპანია მუშაობს მათ გაუმჯობესებაზე. მაგალითად, დიდ ბრიტანეთში, Superdielectrics მუშაობს მასალასთან, რომელიც თავდაპირველად შემუშავდა კონტაქტური ლინზების წარმოებისთვის.

Skeleton Technologies მუშაობს გრაფენთან, ნახშირბადის ალოტროპულ ფორმასთან. ერთი ატომის სისქის ერთი ფენა 100-ჯერ უფრო ძლიერია, ვიდრე მაღალი სიმტკიცის ფოლადი და მხოლოდ 1 გრამმა შეიძლება დაფაროს 2000 კვადრატული მეტრი. კომპანიამ დაამონტაჟა გრაფენის სუპერკონდენსატორები ჩვეულებრივ დიზელის ფურგონებში და მიაღწია 32% საწვავის დაზოგვას.

მიუხედავად იმისა, რომ სუპერ კონდენსატორებს არ შეუძლიათ მთლიანად შეცვალონ ბატარეები, დღეს ამ ტენდენციის განვითარების ტენდენცია შეიმჩნევა.

კითხვები და პასუხები:

როგორ მუშაობს სუპერკონდენსატორი? ის მუშაობს ისევე, როგორც მაღალი სიმძლავრის კონდენსატორი. მასში ელექტროენერგია გროვდება სტატიკის გამო ელექტროლიტის პოლარიზაციის დროს. მიუხედავად იმისა, რომ ეს არის ელექტროქიმიური მოწყობილობა, ქიმიური რეაქცია არ ხდება.

რისთვის არის სუპერკონდენსატორი? სუპერკონდენსატორები გამოიყენება ენერგიის შესანახად, სასტარტო ძრავებისთვის, ჰიბრიდულ მანქანებში, როგორც მოკლევადიანი დენის წყარო.

რით განსხვავდება სუპერკონდენსატორი სხვადასხვა ტიპის ბატარეებისგან? ბატარეას შეუძლია ელექტროენერგიის გამომუშავება თავისთავად ქიმიური რეაქციის გზით. სუპერკონდენსატორი მხოლოდ გამოყოფილ ენერგიას აგროვებს.

სად გამოიყენება სუპერკონდენსატორი? დაბალი სიმძლავრის კონდენსატორები გამოიყენება ფლეშ ერთეულებში (სრულად დატვირთული) და ნებისმიერ სისტემაში, რომელიც მოითხოვს დიდი რაოდენობით გამონადენის / დამუხტვის ციკლებს.